IT202000017368A1 - PURIFICATION OF ALIPHATIC DICARBOXYLIC ACIDS PRODUCED BY BIOTECHNOLOGICAL PROCESSES - Google Patents
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Description
Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:
?PURIFICAZIONE DI ACIDI DICARBOSSILICI ALIFATICI PRODOTTI MEDIANTE PROCESSI BIOTECNOLOGICI? ?PURIFICATION OF ALIPHATIC DICARBOXYLIC ACIDS PRODUCED BY BIOTECHNOLOGICAL PROCESSES?
CAMPO DELL?INVENZIONE FIELD OF THE INVENTION
La presente invenzione si riferisce ad un processo per la purificazione di acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi ottenuti tramite processi di tipo biotecnologico. The present invention refers to a process for the purification of saturated linear aliphatic dicarboxylic acids obtained by processes of the biotechnological type.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE ART
Gli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi sono composti chimici di estrema importanza a livello industriale in quanto, grazie al fatto di essere bi-funzionali, trovano largo impiego come monomeri nella produzione di polimeri quali poliammidi, poliesteri e poliuretani. Saturated linear aliphatic dicarboxylic acids are chemical compounds of extreme importance at an industrial level as, thanks to the fact of being bi-functional, they are widely used as monomers in the production of polymers such as polyamides, polyesters and polyurethanes.
La produzione di poliammidi ? probabilmente l?applicazione che richiede la maggiore attenzione alla purezza dei monomeri di partenza: le impurezze (per es. composti mono o poli funzionali, composti cromofori o termolabili), pur se presenti a livello di tracce, possono bloccare la polimerizzazione, portare a ramificazioni nella catena polimerica, o pi? genericamente limitare le applicazioni a valle della poliammide. Le esigenze di purezza dei monomeri sono particolarmente elevate quando l?uso previsto della poliammide ? nel settore tessile (i prodotti che soddisfano le richieste di purezza per l?impiego in campo tessile sono definiti ?grado fibra?). The production of polyamides ? probably the application that requires the greatest attention to the purity of the starting monomers: impurities (e.g. mono or poly functional compounds, chromophore or thermolabile compounds), even if present at trace levels, can block the polymerization, lead to ramifications in the polymer chain, or more? generally limit downstream applications of polyamide. The purity requirements of the monomers are particularly high when the intended use of the polyamide is ? in the textile sector (products that meet the purity requirements for use in the textile field are defined as ?fibre grade?).
Gli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi sono generalmente prodotti con tecnologie tradizionali che partono da derivati del petrolio e che portano di norma a miscele relativamente semplici di composti, in cui l?acido desiderato ? il composto ampiamente maggioritario. Queste miscele vengono poi sottoposte a procedimenti di purificazione sviluppati e ottimizzati per essere efficaci su queste miscele semplici. Saturated linear aliphatic dicarboxylic acids are generally produced with traditional technologies starting from petroleum derivatives and which usually lead to relatively simple mixtures of compounds, in which the desired acid is? the largely majority compound. These blends are then subjected to purification processes developed and optimized to be effective on these simple blends.
Negli ultimi anni per? l?industria chimica ? alla ricerca costante di produzioni alternative a quelle derivate dal petrolio, sia per diminuire la dipendenza da questa fonte non rinnovabile, sia per avere a disposizione processi e prodotti pi? sostenibili da un punto di vista ambientale e di sicurezza. In recent years for? the chemical industry? constantly looking for alternative productions to those derived from petroleum, both to decrease the dependence on this non-renewable source, and to have more efficient processes and products available. sustainable from an environmental and safety point of view.
Gli sviluppi delle biotecnologie hanno consentito la produzione di composti, tra cui gli acidi dicarbossilici alifatici lineari, da fonti alternative, per esempio fonti rinnovabili come zuccheri, acidi grassi, olii vegetali, grassi animali, oppure fonti non rinnovabili come ad esempio paraffine a diversa lunghezza di catena. La qualit? chimica dei monomeri ottenuti per questa via non ? per? sufficientemente elevata da consentire loro un estensivo utilizzo nella produzione delle poliammidi, e in particolare dei nylon per applicazioni tessili, limitandone le applicazioni alla produzione di polimeri destinati ad articoli quasi esclusivamente per il settore materie plastiche. Il problema principale ? legato alla natura biologica delle materie prime utilizzate e/o dei processi fermentativi applicati, responsabili dell?accumulo nei prodotti finali di sostanze cromofore e volatili che tendono a conferire un colore da giallo tenue a marrone nonch? odore sgradevole agli stessi. Biotechnological developments have allowed the production of compounds, including linear aliphatic dicarboxylic acids, from alternative sources, for example renewable sources such as sugars, fatty acids, vegetable oils, animal fats, or non-renewable sources such as paraffins of different lengths of chain. The quality? chemistry of the monomers obtained in this way not ? For? high enough to allow them to be used extensively in the production of polyamides, and in particular of nylons for textile applications, limiting their applications to the production of polymers intended for articles almost exclusively for the plastics sector. The main problem ? linked to the biological nature of the raw materials used and/or the fermentation processes applied, responsible for the accumulation in the final products of chromophore and volatile substances which tend to give a light yellow to brown color as well as unpleasant odor to them.
L?ottenimento di un prodotto a valle del processo di fermentazione avviene attraverso due macrofasi: la prima, chiamata comunemente estrazione, ? finalizzata al recupero del prodotto di interesse dal brodo di fermentazione, mentre la seconda, denominata genericamente purificazione, ? costituita da una serie di operazioni unitarie mediante le quali il prodotto grezzo raggiunge il grado di purezza richiesto dal mercato. Obtaining a product downstream of the fermentation process occurs through two macro-phases: the first, commonly called extraction, is aimed at recovering the product of interest from the fermentation broth, while the second, generically referred to as purification, is made up of a series of unitary operations through which the raw product reaches the degree of purity required by the market.
Nella prima fase, le operazioni tipiche riguardano la distruzione e la rimozione di detriti cellulari (flocculazione, pastorizzazione, centrifugazione, filtrazioni, ecc.) e il recupero del prodotto in forma grezza (acidificazione, precipitazione, estrazione con liquidi, ecc.). Per quanto riguarda invece la seconda fase, le operazioni tipiche riguardano la purificazione del prodotto (cristallizzazione, distillazione, passaggi su resine e carboni attivi, cromatografia, estrazioni liquido-liquido, ecc.) e la finitura dello stesso (cristallizzazione per dare la struttura cristallina desiderata, essiccamento, liofilizzazione, sterilizzazioni, ecc.). Le operazioni di questa fase sono in genere le pi? articolate e costituiscono la parte pi? rilevante del processo di ottenimento di composti di interesse a valle delle fermentazioni. In the first phase, the typical operations concern the destruction and removal of cellular debris (flocculation, pasteurization, centrifugation, filtrations, etc.) and the recovery of the product in raw form (acidification, precipitation, extraction with liquids, etc.). As far as the second phase is concerned, the typical operations concern the purification of the product (crystallization, distillation, passages on resins and activated carbons, chromatography, liquid-liquid extractions, etc.) and the finishing of the same (crystallization to give the crystalline structure desired, drying, freeze-drying, sterilizations, etc.). The operations of this phase are generally the most? articulated and constitute the most? of the process of obtaining compounds of interest downstream of the fermentations.
La prima di queste due macrofasi (recupero del prodotto grezzo) ? descritta in alcune pubblicazioni brevettuali. The first of these two macro-phases (recovery of the raw product)? described in some patent publications.
Il brevetto US 5034105 descrive un processo per il recupero dell?acido succinico deprotonato da un brodo di fermentazione, previa separazione di cellule e detriti, mediante elettrodialisi: utilizzando l?energia elettrica e membrane iono-selettive, il succinato di sodio viene riportato nella sua forma acida, con il recupero simultaneo dell?idrossido di sodio utilizzato in fermentazione per il controllo del pH. Il processo ha il vantaggio di non richiedere neutralizzazioni con acidi minerali forti e non dare luogo a sali di scarto. L?utilizzo della corrente elettrica porta per? a consumi energetici non trascurabili, che innalzano il costo del processo. Inoltre le membrane, specialmente quando si lavora ad alte concentrazioni di sostanze organiche, tendono a sporcarsi riducendo significativamente la loro efficienza, rendendo necessari continui lavaggi o sostituzioni delle membrane stesse. US patent 5034105 describes a process for the recovery of deprotonated succinic acid from a fermentation broth, after separation of cells and debris, by electrodialysis: using electricity and ion-selective membranes, the sodium succinate is returned to its acid form, with the simultaneous recovery of the sodium hydroxide used in fermentation for pH control. The process has the advantage of not requiring neutralization with strong mineral acids and does not give rise to waste salts. The use of electric current leads to? with non-negligible energy consumption, which raises the cost of the process. Furthermore, the membranes, especially when working with high concentrations of organic substances, tend to get dirty, significantly reducing their efficiency, making it necessary to continue washing or replacing the membranes themselves.
Il brevetto US 6288275 B1 descrive una tecnologia mediante la quale si riesce ad ottenere un acido dicarbossilico a lunga catena (> C12) direttamente dal fermentatore senza una preventiva separazione dei detriti cellulari. Secondo questo procedimento il brodo di fermentazione viene portato a pH inferiore a 2 tramite aggiunta di acido minerale forte e poi mantenuto ad una temperatura tra 60 e 105 ?C fino a 2 ore. Per decantazione si formano tre fasi immiscibili: una fase organica soprastante contenente il composto di interesse, una fase acquosa nel mezzo e una fase solida sul fondo del recipiente costituita dai detriti cellulari. L?aggiunta di un solvente organico insolubile in acqua pu? favorire la formazione della fase organica in cui ? disciolto l?acido dicarbossilico; una volta separata dal brodo, questa fase viene mandata alla purificazione finale. Il metodo di questo documento comporta un?esposizione prolungata del brodo ad alte temperature con possibili ingiallimenti significativi dello stesso, che vanno inevitabilmente a peggiorare la qualit? dell?acido recuperato. US patent 6288275 B1 describes a technology by which it is possible to obtain a long chain dicarboxylic acid (> C12) directly from the fermenter without prior separation of the cellular debris. According to this procedure, the fermentation broth is brought to a pH lower than 2 by adding strong mineral acid and then maintained at a temperature between 60 and 105°C for up to 2 hours. By decantation, three immiscible phases are formed: an overlying organic phase containing the compound of interest, an aqueous phase in the middle and a solid phase at the bottom of the container made up of cellular debris. The addition of an organic solvent insoluble in water can favor the formation of the organic phase in which ? dissolved dicarboxylic acid; once separated from the broth, this phase is sent for final purification. The method of this document involves a prolonged exposure of the broth to high temperatures with possible significant yellowing of the same, which inevitably worsen the quality of the broth. of the recovered acid.
La seconda macrofase (purificazione e finitura del prodotto) ? a sua volta descritta in diverse pubblicazioni brevettuali. The second macro-phase (purification and finishing of the product)? in turn described in various patent publications.
La domanda di brevetto internazionale WO 2011/082378 A2 descrive un metodo relativo ad una prima fase di purificazione di acido succinico mediante resine a scambio ionico. Secondo questo metodo, ? possibile riportare il succinato di ammonio ottenuto dalla fermentazione nella sua forma acida e nello stesso tempo separarlo dai sali inorganici mediante passaggio su resina a scambio cationico, previa rimozione a monte di cellule e detriti cellulari. In alternativa, ? possibile utilizzare una resina a scambio anionico per trattenere il succinato e recuperarlo successivamente tramite rigenerazione con un acido. L?acido cos? ottenuto viene poi inviato ad ulteriori purificazioni per l?ottenimento del grado di purezza finale richiesta. L?utilizzo intensivo di resine a scambio ionico porta per? a richiedere grossi consumi di eluente nelle fasi di rigenerazione dei letti, con formazione di grandi quantit? di scarti da smaltire con appositi processi. Inoltre, le resine riducono gradualmente la loro capacit? di scambio nel tempo, portando alla necessit? di rigenerazioni sempre pi? frequenti (con un aumento della quantit? di scarti prodotti) o alla loro completa sostituzione (con aumento dei costi variabili del processo). International patent application WO 2011/082378 A2 describes a method relating to a first purification step of succinic acid by means of ion exchange resins. According to this method, ? It is possible to return the ammonium succinate obtained from the fermentation to its acid form and at the same time separate it from the inorganic salts by passing it through a cation exchange resin, after removing the cells and cellular debris upstream. Alternatively, ? It is possible to use an anion exchange resin to retain the succinate and subsequently recover it by regeneration with an acid. The acid cos? obtained is then sent to further purifications to obtain the required final degree of purity. The intensive use of ion exchange resins leads to? to require large consumptions of eluent in the regeneration phases of the beds, with the formation of large quantities? of waste to be disposed of with special processes. Furthermore, the resins gradually reduce their capacity? exchange over time, leading to the need? of regenerations more and more? frequent (with an increase in the amount of waste produced) or their complete replacement (with an increase in the variable costs of the process).
La domanda di brevetto US 2015/0344397 A1 descrive un metodo che utilizza la cromatografia a letto mobile simulato (SMBC) per la purificazione dell?acido succinico proveniente da un brodo di fermentazione, precedentemente microfiltrato/ultrafiltrato ed acidificato con H2SO4 concentrato. Per l?ottenimento del prodotto finale di purezza desiderata sono per? necessarie ulteriori purificazioni (tramite nanofiltrazione, con l?impiego di carbone attivo o resine adsorbenti, ?). Questa tecnica, essendo simile come principio di funzionamento chimico-fisico a quella sopra descritta, ? affetta dalle medesime problematiche. US patent application 2015/0344397 A1 describes a method which uses simulated moving bed chromatography (SMBC) for the purification of succinic acid from a fermentation broth, previously microfiltered/ultrafiltered and acidified with concentrated H2SO4. For the obtainment of the final product of desired purity are for? necessary further purifications (by means of nanofiltration, with the use of activated carbon or adsorbent resins,?). This technique, being similar in chemical-physical operating principle to the one described above, is affected by the same problems.
Anche il brevetto US 8729298 B2 descrive un metodo basato su cromatografia a letto mobile simulato (SMBC), in questo caso per la purificazione e la separazione di acidi dicarbossilici a medio-lunga catena (C9-C18). US patent 8729298 B2 also describes a method based on simulated moving bed chromatography (SMBC), in this case for the purification and separation of medium-long chain dicarboxylic acids (C9-C18).
Infine, il brevetto US 9517966 B2 descrive un processo di purificazione di acidi dicarbossilici con catena > C8 prodotti da fermentazione, che consiste essenzialmente nell?abbassare il pH del brodo per fare precipitare gli acidi dicarbossilici a lunga catena, filtrare la sospensione per rimuovere la fase acquosa privata del solido desiderato e dei residui cellulari, e di seguito sottoporre la miscela di acidi dicarbossilici ad una o pi? cristallizzazioni in solvente organico (preferibilmente acido acetico). L?utilizzo quale solvente di un acido monocarbossilico quale l?acido acetico comporta per? il problema che tracce di questo composto possono rimanere come impurezze nel prodotto finale, agendo come terminatori di catena nel processo di polimerizzazione in cui gli acidi dicarbossilici sono impiegati. Finally, US patent 9517966 B2 describes a purification process of dicarboxylic acids with chain > C8 produced by fermentation, which essentially consists in lowering the pH of the broth to precipitate the long-chain dicarboxylic acids, filtering the suspension to remove the deprived of the desired solid and cellular residues, and then subjecting the mixture of dicarboxylic acids to one or more? crystallizations in organic solvent (preferably acetic acid). The use as a solvent of a monocarboxylic acid such as acetic acid involves however? the problem is that traces of this compound can remain as impurities in the final product, acting as chain terminators in the polymerization process in which dicarboxylic acids are employed.
Tutti i processi della tecnica nota per recuperare acidi dicarbossilici da brodi di fermentazione sono quindi basati su una successione di metodi di separazione fisici (separazioni tramite membrane filtranti, cristallizzazioni, resine adsorbenti, ?) e/o di scambio ionico che, per quanto efficaci, non raggiungono lo scopo di ottenere un prodotto idoneo alle applicazioni pi? critiche del grado fibra. All the processes of the prior art for recovering dicarboxylic acids from fermentation broths are therefore based on a succession of physical separation methods (separations by means of filtering membranes, crystallizations, adsorbent resins,?) and/or ion exchange which, however effective, do they not reach the purpose of obtaining a product suitable for the most applications? criticism of the fiber grade.
Scopo della presente invenzione ? quello di fornire un processo per la purificazione di acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi ottenuti tramite processi biotecnologici che sia esente dai difetti dei metodi della tecnica nota, e in particolare che sia di applicazione conveniente su scala industriale. Purpose of the present invention? that of providing a process for the purification of saturated linear aliphatic dicarboxylic acids obtained by means of biotechnological processes which is free from the defects of the methods of the prior art, and in particular which is of convenient application on an industrial scale.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
Questi scopi vengono raggiunti con la presente invenzione con un processo per la purificazione di acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi con numero di atomi di carbonio compreso tra 4 e 18 o loro miscele ottenuti da un brodo di fermentazione, comprendente i seguenti passaggi: These aims are achieved with the present invention with a process for the purification of saturated linear aliphatic dicarboxylic acids having a number of carbon atoms between 4 and 18 or mixtures thereof obtained from a fermentation broth, comprising the following steps:
a) rimozione dal brodo di fermentazione di cellule e/o residui cellulari; a) removal from the fermentation broth of cells and/or cellular residues;
b) abbassamento del pH del brodo di fermentazione con precipitazione degli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi e loro separazione da detto brodo; c) dissoluzione della miscela grezza ottenuta nel passaggio b) contenente uno o pi? acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi e impurezze in una soluzione ossidante di acido nitrico a concentrazione compresa tra 45 e 68% in peso ad una temperatura compresa tra 60 e 100 ?C per un intervallo di tempo compreso tra 0,1 e 4 ore; b) lowering the pH of the fermentation broth with precipitation of the saturated linear aliphatic dicarboxylic acids and their separation from said broth; c) dissolution of the crude mixture obtained in step b) containing one or more? saturated linear aliphatic dicarboxylic acids and impurities in an oxidizing solution of nitric acid at a concentration ranging from 45 to 68% by weight at a temperature ranging from 60 to 100°C for a time interval ranging from 0.1 to 4 hours;
d) recupero degli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi dalla soluzione ossidante del passaggio c); d) recovery of the saturated linear aliphatic dicarboxylic acids from the oxidizing solution of step c);
e) ridissoluzione degli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi in una miscela acquosa comprendente carbone attivo; e) redissolution of the saturated linear aliphatic dicarboxylic acids in an aqueous mixture comprising activated carbon;
f) recupero degli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi dalla miscela acquosa. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE f) recovery of the saturated linear aliphatic dicarboxylic acids from the aqueous mixture. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invenzione pu? essere applicata per la separazione da un brodo di fermentazione e successiva purificazione di un acido dicarbossilico alifatico lineare saturo, o una miscela di acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi, con numero di atomi di carbonio compreso tra 4 e 18, in particolare tra 6 e 12 atomi di carbonio. Poich? gli acidi sono lineari, le funzioni carbossiliche sono necessariamente nelle posizioni ? e ? (cio? le due posizioni terminali) della catena di atomi di carbonio. Gli acidi dicarbossilici di interesse per l?invenzione sono dunque l?acido succinico (C4), l?acido glutarico (C5), l?acido adipico (C6), l?acido pimelico (C7), l?acido suberico (C8), l?acido azelaico (C9), l?acido sebacico (C10), l?acido undecandioico (C11), l?acido dodecandioico (C12), l?acido brassilico (C13), l?acido tetradecandioico (C14), l?acido pentadecandioico (C15), l?acido esadecandioico (C16), l?acido eptadecandioico (C17) e l?acido octadecandioico (C18). Tra questi, gli acidi di particolare interesse per gli scopi dell?invenzione sono l?acido adipico, l?acido dodecandioico, o miscele di acido adipico ed acido suberico. The present invention can be applied for the separation from a fermentation broth and subsequent purification of a saturated linear aliphatic dicarboxylic acid, or a mixture of saturated linear aliphatic dicarboxylic acids, with a number of carbon atoms between 4 and 18, in particular between 6 and 12 atoms of carbon. because acids are linear, are the carboxyl functions necessarily in the positions ? And ? (ie the two terminal positions) of the chain of carbon atoms. The dicarboxylic acids of interest for the invention are therefore succinic acid (C4), glutaric acid (C5), adipic acid (C6), pimelic acid (C7), suberic acid (C8) , azelaic acid (C9), sebacic acid (C10), undecanedioic acid (C11), dodecanedioic acid (C12), brassylic acid (C13), tetradecanedioic acid (C14), ?pentadecanedioic acid (C15), hexadecanedioic acid (C16), heptadecanedioic acid (C17) and octadecanedioic acid (C18). Among these, the acids of particular interest for the purposes of the invention are adipic acid, dodecanedioic acid, or mixtures of adipic acid and suberic acid.
L?acido dicarbossilico o la miscela di acidi dicarbossilici sopra citati sono prodotti in un fermentatore mediante processo biotecnologico, in cui viene alimentata una materia prima che pu? essere da fonte fossile o da fonte rinnovabile. The above-mentioned dicarboxylic acid or dicarboxylic acid mixture is produced in a fermenter by means of a biotechnological process, in which a raw material is fed which can? be from fossil or renewable sources.
A differenza dei processi della tecnica nota, basati quasi esclusivamente su metodi di separazione e purificazione fisici, il processo della presente invenzione comprende un trattamento mediante il quale i residui cellulari e le impurezze che conferiscono colore giallo e odori al prodotto finale e che vengono anch?esse prodotte durante la fermentazione insieme agli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi vengono degradati chimicamente. Unlike the processes of the known art, based almost exclusively on physical separation and purification methods, the process of the present invention comprises a treatment by which the cellular residues and the impurities which give the final product a yellow color and odors and which are also they produced during fermentation together with saturated linear aliphatic dicarboxylic acids are chemically degraded.
Per brevit?, nel resto della descrizione gli acidi dicarbossilici alifatici lineari saturi verranno definiti semplicemente acidi dicarbossilici. For the sake of brevity, in the remainder of the description the saturated linear aliphatic dicarboxylic acids will be referred to simply as dicarboxylic acids.
Il termine ?residui cellulari? in questo testo indica detriti cellulari e biomolecole come ad esempio proteine, acidi nucleici, amminoacidi, carboidrati, nucleotidi, peptidi, ecc. Nella descrizione e nelle rivendicazioni, a meno che non sia diversamente indicato, le quantit? di componenti di soluzioni e miscele e le concentrazioni delle soluzioni sono riportate in percentuali in peso. The term ?cellular debris? in this text means cellular debris and biomolecules such as proteins, nucleic acids, amino acids, carbohydrates, nucleotides, peptides, etc. In the description and in the claims, unless otherwise indicated, the quantities? of components of solutions and mixtures and the concentrations of the solutions are reported in percentages by weight.
Per semplicit?, il seguito della descrizione viene fatto con riferimento ad un acido dicarbossilico, a meno che non sia diversamente indicato, ma tutte le indicazioni sui passaggi di processo valgono identicamente anche nel caso di miscele di acidi dicarbossilici. For simplicity, the rest of the description is made with reference to a dicarboxylic acid, unless otherwise indicated, but all the indications on the process steps are valid identically also in the case of mixtures of dicarboxylic acids.
Il processo dell?invenzione comprende i passaggi da a) ad f). The process of the invention comprises the steps from a) to f).
L?acido dicarbossilico si trova inizialmente all?interno del brodo di fermentazione in cui ? stato prodotto tramite microrganismi quali lieviti, batteri, muffe, alghe, ed in particolare lieviti geneticamente modificati, che sono in grado di trasformare la materia prima alimentata nel prodotto desiderato. Il brodo di fermentazione al termine del processo fermentativo pu? contenere, oltre detti microrganismi: residui cellulari, zuccheri, residui di olii vegetali, grassi animali o acidi grassi a lunghezza variabile tra C12 e C20 e acidi dicarbossilici con insaturazioni o con qualunque altro gruppo funzionale. The dicarboxylic acid is initially found within the fermentation broth in which it is found. been produced through microorganisms such as yeasts, bacteria, molds, algae, and in particular genetically modified yeasts, which are able to transform the raw material fed into the desired product. The fermentation broth at the end of the fermentation process can contain, in addition to these microorganisms: cellular residues, sugars, residues of vegetable oils, animal fats or fatty acids with a variable length between C12 and C20 and dicarboxylic acids with unsaturations or with any other functional group.
Gli acidi dicarbossilici sono presenti nel brodo di fermentazione in forma mono- o disalina, in cui il contro ione pu? essere un qualunque catione metallico o lo ione ammonio, comunque tale che non provoca la precipitazione dei composti nel brodo. Comunemente, il catione associato all?acido dicarbossilico ? lo ione ammonio. La presenza della forma monoo di-salina dell?acido dicarbossilico dipende dal pH a cui viene condotta la fermentazione. Sfruttando l?elevata solubilit? di queste forme, si rende possibile la rimozione dal brodo di fermentazione delle parti solide, costituite da cellule e detriti cellulari. Dicarboxylic acids are present in the fermentation broth in mono- or disaline form, in which the counter ion can be any metal cation or ammonium ion, however such that it does not cause the compounds to precipitate in the broth. Commonly, the cation associated with dicarboxylic acid is the ammonium ion. The presence of the mono- or di-saline form of dicarboxylic acid depends on the pH at which the fermentation is conducted. Taking advantage of the high solubility? of these forms, it is possible to remove the solid parts from the fermentation broth, made up of cells and cellular debris.
Nel passaggio a), i residui cellulari e/o le cellule eventualmente rimasti nel brodo vengono rimossi interamente o almeno parzialmente mediante processi noti di centrifugazione e di filtrazione con membrane, oppure tramite una combinazione di queste. Il brodo di fermentazione pu? opzionalmente essere sottoposto a operazioni di flocculazione o pastorizzazione per ridurre la viscosit? della sospensione. Dopo la rimozione cellulare, i brodi possono essere ulteriormente filtrati con membrane aventi cut-off pi? stringenti, come ad esempio membrane di ultrafiltrazione e di nanofiltrazione, o una loro combinazione, al fine di rimuovere altri residui cellulari pi? piccoli come proteine, carboidrati, acidi nucleici, sali divalenti, ecc. In step a), the cellular residues and/or cells possibly remaining in the broth are removed entirely or at least partially by known processes of centrifugation and filtration with membranes, or by a combination of these. The fermentation broth can optionally be subjected to operations of flocculation or pasteurization to reduce the viscosity? of the suspension. After the cell removal, the broths can be further filtered with membranes having cut-off more? stringent, such as ultrafiltration and nanofiltration membranes, or a combination thereof, in order to remove other more cellular residues? small ones such as proteins, carbohydrates, nucleic acids, divalent salts, etc.
Si ottiene cos? un brodo di fermentazione privo di residui cellulari e/o cellule o con quantit? di residui cellulari e/o cellule molto ridotta e contenente in soluzione l?acido dicarbossilico in forma mono- o di-salina, con un pH variabile tra 4 e 8 a seconda della natura del processo biotecnologico di fermentazione impiegato. Is it obtained like this? a fermentation broth free of cellular residues and/or cells or with quantity? of cellular residues and/or cells very reduced and containing dicarboxylic acid in solution in mono- or di-saline form, with a pH variable between 4 and 8 depending on the nature of the biotechnological fermentation process used.
Nel successivo passaggio b), il valore di pH del brodo viene abbassato mediante passaggio su resina cationica forte oppure tramite l?aggiunta di un acido minerale forte, come ad esempio acido cloridrico, acido nitrico o acido solforico, preferibilmente acido nitrico o solforico, fino ad un valore compreso tra 1,5 e 3, preferibilmente tra 1,5 e 2; tale aggiunta pu? essere fatta tra una temperatura compresa tra 20 e 60 ?C, preferibilmente tra 30 e 40 ?C, e sotto costante agitazione. Questa acidificazione porta tutti gli acidi dicarbossilici presenti in miscela nella loro forma diacida libera. L?abbassamento del pH porta alla precipitazione pressoch? totale degli acidi dicarbossilici a catena lunga e medio-lunga (da C8 a C18), aventi bassa solubilit? in mezzi acquosi, e alla precipitazione parziale degli acidi dicarbossilici a catena medio-corta (C6 e C7) ed a catena corta con numero pari di atomi di carbonio (C4) aventi solubilit? parziale, mentre gli acidi a corta catena con numero dispari di atomi di carbonio (C5) rimangono in soluzione perch? molto solubili. In particolare, acidi dicarbossilici con solubilit? < 5 g/L a 25 ?C precipitano quasi completamente e possono essere sottoposti direttamente a filtrazione per rimuovere il brodo di fermentazione quasi interamente privo dei prodotti di interesse. Invece, acidi dicarbossilici con solubilit? > 5 g/L a 25 ?C precipitano soltanto parzialmente, e dunque occorre un processo di concentrazione del brodo, di un fattore da 2 a 10 volte a seconda della solubilit? dell?acido in questione e della quantit? di acqua impiegata durante la filtrazione, utilizzando un sistema evaporativo a multiplo-effetto o un sistema ad osmosi inversa o, preferibilmente, una combinazione di questi due sistemi. In the subsequent step b), the pH value of the broth is lowered by passing through a strong cationic resin or by adding a strong mineral acid, such as for example hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid, preferably nitric or sulfuric acid, until to a value between 1.5 and 3, preferably between 1.5 and 2; this addition can? be made between a temperature between 20 and 60 ?C, preferably between 30 and 40 ?C, and under constant stirring. This acidification brings all the dicarboxylic acids present in the mixture into their free diacid form. The lowering of the pH leads to the precipitation almost? total of long and medium-long chain dicarboxylic acids (from C8 to C18), having low solubility? in aqueous media, and to the partial precipitation of medium-short chain (C6 and C7) and short-chain dicarboxylic acids with even number of carbon atoms (C4) having solubility? partial, while the short-chain acids with an odd number of carbon atoms (C5) remain in solution because? very soluble. In particular, dicarboxylic acids with solubility? < 5 g/L at 25 ?C precipitates almost completely and can be filtered directly to remove the fermentation broth almost entirely devoid of the products of interest. Instead, dicarboxylic acids with solubility? > 5 g/L at 25 ?C precipitate only partially, and therefore a process of concentration of the broth is required, by a factor of 2 to 10 times depending on the solubility? of the acid in question and the quantity? of water used during filtration, using a multiple-effect evaporative system or a reverse osmosis system or, preferably, a combination of these two systems.
Il solido precipitato viene separato e rimosso dal brodo di fermentazione residuo, all?interno del quale rimane la maggior parte dei sali di ammonio prodotti dalla neutralizzazione, molecole cromofore, residui cellulari quali proteine, zuccheri ed acidi nucleici. Il solido ottenuto presenta un colore marroncino, ricco di tutte le sostanze sopra citate e di eventuali detriti cellulari solidi non rimossi nella fase di filtrazione cellulare, e pu? essere sottoposto ai successivi passaggi del processo dell?invenzione. The precipitated solid is separated and removed from the residual fermentation broth, within which remains most of the ammonium salts produced by the neutralization, chromophore molecules, cellular residues such as proteins, sugars and nucleic acids. The solid obtained has a brownish color, rich in all the substances mentioned above and in any solid cellular debris not removed in the cellular filtration phase, and can be subjected to the subsequent steps of the process of the invention.
Nel passaggio c) l?acido dicarbossilico grezzo, generalmente in forma solida, viene sciolto in una soluzione acquosa di acido nitrico a concentrazione compresa tra 45 e 68% e preferibilmente tra 50 e 65% in peso. A queste concentrazioni l?acido nitrico ? un forte ossidante. Concentrazioni di acido nitrico inferiori a quelle indicate hanno solo una ridotta azione ossidante, mentre concentrazioni superiori sono difficili da gestire in condizioni di sicurezza. In step c) the crude dicarboxylic acid, generally in solid form, is dissolved in an aqueous solution of nitric acid at a concentration ranging from 45 to 68% and preferably from 50 to 65% by weight. At these concentrations the nitric acid? a strong oxidant. Concentrations of nitric acid lower than those indicated have only a reduced oxidizing action, while higher concentrations are difficult to manage in safe conditions.
L?acido dicarbossilico grezzo viene aggiunto alla soluzione di acido nitrico in quantit? tale che la sua concentrazione sia compresa tra 1 e 40%, preferibilmente tra 10 e 30%, a seconda della sua solubilit? nella miscela ossidante. The crude dicarboxylic acid is added to the nitric acid solution in quantities such that its concentration is between 1 and 40%, preferably between 10 and 30%, depending on its solubility? in the oxidizing mixture.
La temperatura di reazione ? compresa tra 60 e 100 ?C, preferibilmente tra 70 e 90 ?C: temperature inferiori a 60 ?C risultano inefficienti nell?abbattere le impurezze, mentre valori superiori a 100 ?C accelerano notevolmente la corrosione degli acciai dei reattori e portano a decomposizione dell?acido nitrico e dunque un aumento dei costi operativi. The reaction temperature? between 60 and 100 ?C, preferably between 70 and 90 ?C: temperatures below 60 ?C are inefficient in breaking down impurities, while values above 100 ?C significantly accelerate the corrosion of reactor steels and lead to decomposition of the ?nitric acid and therefore an increase in operating costs.
Il tempo di reazione pu? variare tra 0,1 e 4 ore, preferibilmente tra 0,5 e 3 ore. The reaction time can vary between 0.1 and 4 hours, preferably between 0.5 and 3 hours.
L?acido nitrico, l?agente ossidante della reazione, ? in grado di attaccare tutte le molecole che sono responsabili dell?assorbimento della radiazione ottica nel visibile e nel basso ultravioletto (impurezze cromofore), che sono generalmente molecole organiche che presentano uno o pi? doppi legami carbonio-carbonio e in molti casi sistemi di doppi legami coniugati. Questo agente inoltre idrolizza/ossida tutti i residui cellulari rimasti dalla fermentazione, come proteine, acidi nucleici e altre macromolecole biologiche. L?ossidante lascia tuttavia inalterati gli acidi dicarbossilici in miscela, perch? i carboni terminali della catena sono gi? al massimo stato di ossidazione per un composto organico, mentre quelli al centro della catena (privi di doppi legami ed altri gruppi funzionali) non sono soggetti ad ossidazione nelle condizioni di processo. Nitric acid, the oxidizing agent of the reaction, is able to attack all the molecules that are responsible for the absorption of optical radiation in the visible and low ultraviolet (chromophore impurities), which are generally organic molecules that have one or more? carbon-carbon double bonds and in many cases conjugated double bond systems. This agent also hydrolyzes/oxidizes all cellular residues left over from fermentation, such as proteins, nucleic acids and other biological macromolecules. However, the oxidant leaves the dicarboxylic acids in the mixture unchanged, because? the carbon terminals of the chain are already? at the maximum oxidation state for an organic compound, while those in the middle of the chain (free of double bonds and other functional groups) are not subject to oxidation under the process conditions.
Il trattamento di ossidazione pu? avvenire sia in discontinuo che in continuo, in quest?ultimo caso il reattore utilizzato pu? essere un reattore continuo a serbatoio agitato (noto nel settore come CSTR, dall?inglese ?Continuous-flow Stirred-Tank Reactor?) o con un reattore con flusso a pistone (o PFR, dall?inglese ?Plug Flow Reactor?), purch? venga garantito il tempo di contatto; preferibilmente il reattore ? a mescolamento, in continuo o discontinuo. I gas di processo vengono abbattuti in una colonna di assorbimento con tecniche note quali l?alimentazione in controcorrente al gas di acqua raffreddata o una soluzione alcalina, come ad esempio soluzioni acquose di NaOH, KOH, Ba(OH)2, ecc. The oxidation treatment can take place both discontinuously and continuously, in the latter case the reactor used can? be a continuous-flow stirred-tank reactor (known in the industry as CSTR, from the English ?Continuous-flow Stirred-Tank Reactor?) or with a plug flow reactor (or PFR, from the English ?Plug Flow Reactor?), provided ? contact time is guaranteed; preferably the reactor ? mixing, continuous or discontinuous. The process gases are pulled down in an absorption column with known techniques such as counter-current feeding to the gas of cooled water or an alkaline solution, such as aqueous solutions of NaOH, KOH, Ba(OH)2, etc.
Nel passaggio d) del processo, l?acido dicarbossilico di interesse viene recuperato dalla soluzione ossidante. In step d) of the process, the dicarboxylic acid of interest is recovered from the oxidizing solution.
La tecnica usata pu? essere la cristallizzazione, preferibilmente la cristallizzazione per raffreddamento. La miscela ossidante contenente l?acido dicarbossilico viene raffreddata gradualmente fino a raggiungere una temperatura compresa tra 10 e 40 ?C, preferibilmente tra 20 e 30 ?C, a seconda della solubilit? dell?acido dicarbossilico considerato. Il raffreddamento deve essere pi? lento nella prima parte e pi? rapido nella parte finale, al fine di mantenere un livello di soprassaturazione costante. I cristalli ottenuti vengono separati dalle acque madri di cristallizzazione mediante tecniche note dell?ingegneria chimica, quali centrifughe, filtri a tamburo, filtri a presse, ecc. Preferibilmente, il solido viene recuperato mediante centrifugazione. The technique used pu? be crystallization, preferably crystallization by cooling. The oxidizing mixture containing the dicarboxylic acid is cooled gradually until it reaches a temperature between 10 and 40 ?C, preferably between 20 and 30 ?C, depending on the solubility? of the dicarboxylic acid considered. The cooling must be more? slow in the first part and more? rapid in the final part, in order to maintain a constant level of supersaturation. The crystals obtained are separated from the crystallization mother liquors by means of known chemical engineering techniques, such as centrifuges, drum filters, press filters, etc. Preferably, the solid is recovered by centrifugation.
L?acido dicarbossilico solido viene successivamente lavato con acqua demineralizzata per rimuovere l?ossidante rimasto tra i cristalli. Le acque madri possono essere spurgate e reintegrate con ossidante fresco per poter essere utilizzate nuovamente nel reattore di ossidazione. The solid dicarboxylic acid is subsequently washed with demineralised water to remove the oxidant remaining between the crystals. The mother liquors can be purged and reintegrated with fresh oxidant to be used again in the oxidation reactor.
Il passaggio successivo del processo, e), serve ad eliminare dai cristalli di acido dicarbossilico tracce di acque madri e di impurezze derivanti dal trattamento ossidante. Poich? queste impurezze sono generalmente responsabili di una colorazione (indesiderata) degli acidi dicarbossilici e dei polimeri con essi prodotti, questo trattamento viene anche definito ?decolorante?. The next step of the process, e), serves to eliminate from the crystals of dicarboxylic acid traces of mother liquors and impurities deriving from the oxidizing treatment. because these impurities are generally responsible for an (undesired) coloration of the dicarboxylic acids and the polymers produced with them, this treatment is also defined as a "decolorizing agent".
In questo passaggio l?acido dicarbossilico derivante dal passaggio d) viene ridisciolto in acqua o una miscela acquosa comprendente carbone attivo in sospensione. Col termine ?miscela acquosa? viene indicata una qualunque soluzione costituita almeno per il 50% di acqua. In this step the dicarboxylic acid deriving from step d) is redissolved in water or an aqueous mixture comprising activated carbon in suspension. With the term ?aqueous mixture? any solution consisting of at least 50% water is indicated.
I cristalli umidi vengono disciolti in una miscela acquosa formando una soluzione contenente da 1 a 40%, preferibilmente da 10 a 30%, di acido dicarbossilico. Nel caso di impiego di una miscela acquosa, questa ? preferibilmente costituita da acqua e da un solvente organico, la cui quantit? deve essere attentamente scelta in modo che sia solubile in acqua a tutte le temperature di processo (da 20 a 100 ?C). Tra i solventi organici, possono essere utilizzati gli alcoli primari, secondari e terziari, come ad esempio etanolo, propanolo, isopropanolo, butanolo, terbutanolo e 2-butanolo; chetoni, come ad esempio acetone, metiletilchetone, dietilchetone; oppure esteri come ad esempio l?acetato di etile. La tipologia di solvente e la percentuale in peso devono essere accuratamente scelte in modo da minimizzare l?eventuale reattivit? del solvente nei confronti dell?acido dicarbossilico alla temperatura di processo e del carbone attivo, che sia sufficientemente altobollente, che garantisca bassa solubilit? dell?acido dicarbossilico a temperature comprese tra 20 e 40 ?C ed alta solubilit? dell?acido dicarbossilico all?aumentare di questo parametro. The wet crystals are dissolved in an aqueous mixture forming a solution containing from 1 to 40%, preferably from 10 to 30%, of dicarboxylic acid. In the case of use of an aqueous mixture, this ? preferably made up of water and an organic solvent, the quantity of which? it must be carefully chosen so that it is soluble in water at all process temperatures (from 20 to 100 ?C). Among the organic solvents, primary, secondary and tertiary alcohols can be used, such as for example ethanol, propanol, isopropanol, butanol, terbutanol and 2-butanol; ketones, such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone; or esters such as for example ethyl acetate. The type of solvent and the percentage by weight must be carefully chosen in order to minimize any reactivity? of the solvent towards the dicarboxylic acid at the process temperature and of the activated carbon, which is sufficiently high-boiling, which guarantees low solubility? of the dicarboxylic acid at temperatures between 20 and 40 ?C and high solubility? of the dicarboxylic acid as this parameter increases.
Con acidi dicarbossilici aventi numero di atomi di carbonio uguale o inferiore a 7, il solo uso di acqua ad alta temperatura ? sufficiente a portare in soluzione l?acido dicarbossilico per il trattamento con il carbone attivo. Con acidi dicarbossilici aventi numero di atomi di carbonio uguale o superiore a 8, l?utilizzo del solvente in quantit? comprese tra 0 e 50% in peso ? fondamentale per portare in soluzione l?acido dicarbossilico e poter eseguire il trattamento decolorante. With dicarboxylic acids having carbon numbers of 7 or less, the use of high temperature water alone? sufficient to bring the dicarboxylic acid into solution for treatment with activated charcoal. With dicarboxylic acids having a number of carbon atoms equal to or greater than 8, the use of the solvent in quantity? between 0 and 50% by weight ? essential to bring the dicarboxylic acid into solution and to be able to carry out the bleaching treatment.
Il trattamento ? condotto ad una temperatura tra 60 e 100 ?C, preferibilmente tra 70 e 90 ?C. Il trattamento viene condotto con carbone attivo, preferibilmente in polvere, mediante formazione di una sospensione agitata. Nel caso di impiego di carbone attivo in polvere, la sua quantit? varia tra 0,5 e 50 g, preferibilmente tra 1 e 25 g per kg di acido dicarbossilico da trattare. Il tempo di contatto soluzione/carbone varia tra 0,25 e 2 ore, preferibilmente tra 0,5 e 1,5 ore. Al termine del processo, il carbone attivo in polvere viene filtrato secondo metodi e con apparecchiature noti in impiantistica chimica e la soluzione purificata viene avviata al recupero del prodotto finale. The treatment ? carried out at a temperature between 60 and 100 ?C, preferably between 70 and 90 ?C. The treatment is carried out with activated carbon, preferably in powder form, by forming a stirred suspension. In the case of use of powdered activated carbon, its quantity? varies between 0.5 and 50 g, preferably between 1 and 25 g per kg of dicarboxylic acid to be treated. The solution/carbon contact time varies between 0.25 and 2 hours, preferably between 0.5 and 1.5 hours. At the end of the process, the powdered activated carbon is filtered according to methods and with equipment known in chemical plant engineering and the purified solution is sent for recovery of the final product.
Infine, nel passaggio f) del processo, l?acido dicarbossilico decolorato viene recuperato dalla soluzione del trattamento decolorante mediante tecniche note quali, preferibilmente, la cristallizzazione. Finally, in step f) of the process, the decolorized dicarboxylic acid is recovered from the solution of the decolorizing treatment by known techniques such as, preferably, crystallization.
A seconda della natura della miscela, della granulometria richiesta e della solubilit? degli acidi dicarbossilici nella soluzione del trattamento di decolorazione, la cristallizzazione viene condotta per raffreddamento, per evaporazione o per evaporazione adiabatica sotto vuoto. Il solido che si ottiene dalla cristallizzazione viene filtrato o preferibilmente centrifugato in continuo o discontinuo, e di seguito lavato con acqua demineralizzata fredda per rimuovere efficacemente le acque madri rimaste tra i cristalli. Il solido ottenuto pu? essere inviato ad uno stadio di essiccamento per eliminare l?umidit? residua, se vi sia la necessit? di avere il prodotto secco. L?essiccamento in atmosfera inerte ? particolarmente consigliato nel caso di utilizzo del solvente organico. L?acido dicarbossilico ottenuto dal procedimento descritto in questa invenzione presenta delle propriet? ottiche paragonabili agli analoghi composti sintetizzati da fonte fossile, e risulta dunque idoneo in tutti i campi applicativi, anche quelli con le richieste di qualit? pi? stringenti, come la sintesi di poliammidi per uso tessile (nylon). Depending on the nature of the mixture, the particle size required and the solubility? of the dicarboxylic acids in the solution of the decolorization treatment, the crystallization is carried out by cooling, by evaporation or by adiabatic evaporation under vacuum. The solid obtained from crystallization is filtered or preferably centrifuged continuously or discontinuously, and then washed with cold demineralised water to effectively remove the mother liquors remaining between the crystals. The solid obtained can be sent to a drying stage to eliminate l?humidity? residual, if there is a need? to have the dry product. Drying in an inert atmosphere? particularly recommended in the case of using organic solvent. The dicarboxylic acid obtained from the process described in this invention has properties optics comparable to analogous compounds synthesized from fossil sources, and is therefore suitable in all fields of application, even those with quality requests? more stringent, such as the synthesis of polyamides for textile use (nylon).
Il processo dell?invenzione garantisce l?ottenimento di acidi dicarbossilici di elevata purezza, caratterizzati da un valore < 15 nella scala APHA definita dallo standard ASTM D1209 e un valore di assorbanza < 300 (x1000) a 275 nm, come meglio specificato negli esempi. The process of the invention guarantees the obtainment of highly pure dicarboxylic acids, characterized by a value < 15 in the APHA scale defined by the ASTM D1209 standard and an absorbance value < 300 (x1000) at 275 nm, as better specified in the examples.
L?invenzione verr? ulteriormente illustrata dai seguenti esempi. The invention will come further illustrated by the following examples.
Metodi, strumenti e materiali Methods, tools and materials
Per la determinazione della composizione dei brodi di fermentazione e della purezza finale degli acidi dicarbossilici trattati negli esempi ? stato utilizzato uno strumento HPLC Agilent serie 1260 Infinity II con rivelatore a serie di diodi G7115A e ad indice di rifrazione G7162A. Per la determinazione delle propriet? ottiche del prodotto viene utilizzato uno spettrofotometro UV-Vis Agilent Cary 60. For the determination of the composition of the fermentation broths and of the final purity of the dicarboxylic acids treated in the examples ? An Agilent 1260 Infinity II series HPLC instrument with G7115A diode array and G7162A refractive index detector was used. For the determination of the properties? optics of the product an Agilent Cary 60 UV-Vis spectrophotometer is used.
ESEMPIO 1 EXAMPLE 1
Mediante fermentazione di acidi grassi con il lievito geneticamente modificato Candida viswanathii di seconda generazione ? stato prodotto un brodo contenente una miscela di acidi dicarbossilici, in particolare 80 g/L di acido adipico e 4,5 g/L di acido suberico in forma di mono adipato e mono suberato di ammonio misurati mediante analisi HPLC. Le cellule ed altri solidi sono stati rimossi mediante ultrafiltrazione/diafiltrazione (? stata impiegata una membrana di ultrafiltrazione Alfa-Laval RC70PP in cellulosa rigenerata con avvolgimento a spirale, spaziatori di 80 mil equivalenti a 2 mm, cut-off 10 kDa), producendo un brodo chiarificato privo di ogni detrito cellulare con una concentrazione di 35,8 g/L di acido adipico e 1,96 g/L di acido suberico nelle loro forme mono saline, determinate anche in questo caso tramite analisi HPLC.1700 g di brodo sono stati acidificati con HNO3 al 65% in peso (Radici Chimica SpA) fino ad un pH di 1,8. L?acidificazione ha spostato il mono adipato e il mono suberato di ammonio nelle loro forme acide, ovvero l?acido adipico e l?acido suberico. Poich? l?acido adipico, prodotto principale, presenta una parziale solubilit? in acqua, ? stata eseguita una concentrazione per evaporazione pari a 7 volte del brodo fino a una concentrazione del 25,1% in peso di questo composto. Una volta raffreddata a temperatura ambiente (20 ?C), la maggior parte dell?acido ? precipitata e i cristalli sono stati filtrati e lavati con acqua demineralizzata. Questi sono stati successivamente sciolti in acido nitrico concentrato al 55% (Radici Chimica SpA), portati a 80 ?C e mantenuti sotto agitazione per 2 ore. La concentrazione del solido umido nella soluzione nitrica era pari al 30% in peso. Al termine dell?ossidazione la miscela ? stata lasciata cristallizzare per raffreddamento fino a 25 ?C, per poi essere filtrata su setto poroso. I cristalli ottenuti sono stati lavati con acqua demineralizzata in quantit? 1:1 in peso rispetto ai cristalli umidi, per 2 volte. Il prodotto umido ottenuto ? stato successivamente ridisciolto in acqua e portato a 85 ?C, formando una soluzione al 30% in peso di acidi dicarbossilici rispetto all?umido. Alla soluzione ? stato addizionato carbone attivo in polvere (Ceca, di cui il 65% in massa ha una granulometria < 40 ?m) in quantit? pari a 3,33 g di carbone per kg di miscela di acidi dicarbossilici e la soluzione ? stata poi mantenuta sotto costante agitazione per 60 minuti. Al termine del trattamento il carbone ? stato filtrato a caldo su buchner e la soluzione priva di solido ? stata fatta cristallizzare per raffreddamento fino a 20 ?C. I cristalli sono stati separati dalle acque madri mediante setto poroso, lavati con acqua demineralizzata e lasciati essiccare in stufa a 70 ?C per 24 ore. La resa di recupero come solido totale (somma dei due acidi) rispetto a quello di partenza ? del 68,9% e i cristalli ottenuti avevano una composizione, misurata tramite HPLC, costituita dal 96,4% di acido adipico e il 3,3% in peso di acido suberico (la restante parte ? umidit? residua). I cristalli secchi sono stati analizzati allo spettrofotometro per la determinazione delle propriet? ottiche. 7,66 g di polvere sono stati sciolti in 60 g di soluzione ammoniacale al 5% in peso, accuratamente filtrati con filtro a siringa ed analizzati allo spettrofotometro Agilent Cary 60 con cuvetta in quarzo avente cammino ottico di 50 mm. Sono stati ottenuti un?assorbanza x1000 a 275 nm pari a 117 e un colore APHA a 390 nm pari a 7,4. By fatty acid fermentation with the second generation genetically modified yeast Candida viswanathii ? A broth was produced containing a mixture of dicarboxylic acids, in particular 80 g/L of adipic acid and 4.5 g/L of suberic acid in the form of mono adipate and mono ammonium suberate measured by HPLC analysis. Cells and other solids were removed by ultrafiltration/diafiltration (an Alfa-Laval RC70PP spiral wound regenerated cellulose ultrafiltration membrane was used, 80 mil spacers equivalent to 2 mm, cut-off 10 kDa), yielding a clarified broth free of any cellular debris with a concentration of 35.8 g/L of adipic acid and 1.96 g/L of suberic acid in their mono-saline forms, also determined in this case by HPLC analysis. 1700 g of broth are were acidified with HNO3 at 65% by weight (Radici Chimica SpA) up to a pH of 1.8. Acidification has displaced mono adipate and mono ammonium suberate into their acidic forms, adipic acid and suberic acid. because adipic acid, the main product, has a partial solubility? in water, ? A 7-fold evaporative concentration of the broth was performed to a concentration of 25.1% by weight of this compound. Once cooled to room temperature (20 ?C), most of the acid is precipitated and the crystals were filtered and washed with demineralised water. These were subsequently dissolved in 55% concentrated nitric acid (Radici Chimica SpA), brought to 80°C and kept under stirring for 2 hours. The concentration of the wet solid in the nitrate solution was equal to 30% by weight. At the end of the oxidation, the mixture ? was left to crystallize by cooling down to 25 ?C, and then filtered through a porous septum. The crystals obtained were washed with demineralised water in an amount 1:1 by weight of wet crystals, 2 times. The wet product obtained ? it was subsequently redissolved in water and brought to 85°C, forming a solution of 30% by weight of dicarboxylic acids with respect to the wet. To the solution ? was added activated carbon powder (Czech, of which 65% by mass has a particle size < 40?m) in quantity? equal to 3.33 g of carbon per kg of mixture of dicarboxylic acids and the solution ? it was then maintained under constant stirring for 60 minutes. At the end of the treatment, the carbon ? been filtered hot on buchner and the solution is free of solid ? been made to crystallize by cooling up to 20 ?C. The crystals were separated from the mother liquors by means of a porous septum, washed with demineralised water and left to dry in an oven at 70°C for 24 hours. The recovery yield as total solid (sum of the two acids) compared to the starting one? of 68.9% and the crystals obtained had a composition, measured by HPLC, consisting of 96.4% of adipic acid and 3.3% by weight of suberic acid (the remaining part is residual moisture). The dry crystals were analyzed with a spectrophotometer for the determination of the properties optics. 7.66 g of powder were dissolved in 60 g of ammoniacal solution at 5% by weight, carefully filtered with a syringe filter and analyzed with the Agilent Cary 60 spectrophotometer with a quartz cuvette having an optical path of 50 mm. An absorbance x1000 at 275 nm equal to 117 and an APHA color at 390 nm equal to 7.4 were obtained.
ESEMPIO 2 EXAMPLE 2
1900 g dello stesso brodo ultrafiltrato descritto nell?esempio 1 sono stati purificati utilizzando il medesimo procedimento. Il trattamento con acido nitrico ? stato per? fatto durare 30 minuti anzich? 2 ore. La resa di recupero dei due acidi ? stata del 69,2% e i cristalli ottenuti avevano una composizione misurata all?HPLC costituita al 97,14% da acido adipico e la restante parte da acido suberico. I cristalli secchi sono stati analizzati allo spettrofotometro per la determinazione delle propriet? ottiche. 7,66 g di polvere sono stati sciolti in 60 g di soluzione ammoniacale al 5% in peso, accuratamente filtrati con filtro a siringa ed analizzati allo spettrofotometro Agilent Cary 60 con cuvetta in quarzo avente cammino ottico di 50 mm. Sono stati ottenuti un?assorbanza x1000 a 275 nm pari a 107 e un colore APHA a 390 nm pari a 6,9. 1900 g of the same ultrafiltered broth described in example 1 were purified using the same procedure. The treatment with nitric acid ? been for? made it last 30 minutes instead? 2 hours. The recovery yield of the two acids? was 69.2% and the crystals obtained had a composition measured by HPLC consisting of 97.14% adipic acid and the remaining part suberic acid. The dry crystals were analyzed with a spectrophotometer for the determination of the properties optics. 7.66 g of powder were dissolved in 60 g of ammonia solution at 5% by weight, carefully filtered with a syringe filter and analyzed with the Agilent Cary 60 spectrophotometer with a quartz cuvette having an optical path of 50 mm. An absorbance x1000 at 275 nm equal to 107 and an APHA color at 390 nm equal to 6.9 were obtained.
ESEMPIO 3 EXAMPLE 3
1600 g dello stesso brodo ultrafiltrato descritto nell?esempio 1 sono stati purificati utilizzando il medesimo procedimento. Il trattamento con acido nitrico ? stato condotto con una soluzione nitrica al 65% anzich? al 55% in peso. La resa di recupero dei due acidi ? stata del 64% e i cristalli ottenuti avevano una composizione misurata all?HPLC costituita al 98,3% da acido adipico e la restante parte da acido suberico. I cristalli secchi sono stati analizzati allo spettrofotometro per la determinazione delle propriet? ottiche. 7,66 g di polvere sono stati sciolti in 60 g di soluzione ammoniacale al 5% in peso, accuratamente filtrati con filtro a siringa ed analizzati allo spettrofotometro Agilent Cary 60 con cuvetta in quarzo avente cammino ottico di 50 mm. Si sono ottenuti un?assorbanza x1000 a 275 nm pari a 86 e un colore APHA a 390 nm pari a 5,2. 1600 g of the same ultrafiltered broth described in example 1 were purified using the same procedure. The treatment with nitric acid ? been conducted with a nitric solution at 65% instead? at 55% by weight. The recovery yield of the two acids? was 64% and the crystals obtained had a composition measured by HPLC consisting of 98.3% adipic acid and the remaining part suberic acid. The dry crystals were analyzed with a spectrophotometer for the determination of the properties optics. 7.66 g of powder were dissolved in 60 g of ammonia solution at 5% by weight, carefully filtered with a syringe filter and analyzed with the Agilent Cary 60 spectrophotometer with a quartz cuvette having an optical path of 50 mm. An absorbance x1000 at 275 nm equal to 86 and an APHA color at 390 nm equal to 5.2 were obtained.
ESEMPIO 4 EXAMPLE 4
Un campione del brodo di fermentazione descritto nell?esempio 1 ? stato ultrafiltrato/diafiltrato per la rimozione delle cellule e successivamente nanofiltrato/diafiltrato (SUEZ GE DL, poliammide TFC, avvolgimenti a spirale; cut-off 150-300 Da) per la rimozione delle macromolecole biologiche come proteine e zuccheri, sali divalenti e la maggior parte delle impurezze di colore. La concentrazione dell?acido adipico nel nanofiltrato era di 31,57 g/L, mentre quella dell?acido suberico 1,95 g/L, misurate tramite HPLC. Sono stati purificati 1900 g di tale brodo con lo stesso procedimento descritto nell?esempio 1. La resa di recupero dei due acidi ? stata del 61,7% e i cristalli ottenuti avevano una composizione misurata all?HPLC costituita al 96,4% da acido adipico e al 3,36% da acido suberico (la restante parte ? umidit?). I cristalli secchi sono stati analizzati allo spettrofotometro per la determinazione delle propriet? ottiche. 7,66 g di polvere sono stati sciolti in 60 g di soluzione ammoniacale al 5% in peso, accuratamente filtrati con filtro a siringa ed analizzati allo spettrofotometro Agilent Cary 60 con cuvetta in quarzo avente cammino ottico di 50 mm. Si sono ottenuti un?assorbanza x1000 a 275 nm pari a 134 e un colore APHA a 390 nm pari a 5,4. A sample of the fermentation broth described in example 1? ultrafiltered/diafiltered state for the removal of cells and subsequently nanofiltered/diafiltered (SUEZ GE DL, polyamide TFC, spiral windings; cut-off 150-300 Da) for the removal of biological macromolecules such as proteins and sugars, divalent salts and most part of the color impurities. The concentration of adipic acid in the nanofiltrate was 31.57 g/L, while that of suberic acid 1.95 g/L, measured by HPLC. 1900 g of this broth were purified with the same procedure described in example 1. The recovery yield of the two acids ? was 61.7% and the crystals obtained had a composition measured by HPLC consisting of 96.4% adipic acid and 3.36% suberic acid (the remaining part is humidity). The dry crystals were analyzed with a spectrophotometer for the determination of the properties optics. 7.66 g of powder were dissolved in 60 g of ammonia solution at 5% by weight, carefully filtered with a syringe filter and analyzed with the Agilent Cary 60 spectrophotometer with a quartz cuvette having an optical path of 50 mm. An absorbance x1000 at 275 nm equal to 134 and an APHA color at 390 nm equal to 5.4 were obtained.
ESEMPIO 5 EXAMPLE 5
Mediante fermentazione di acidi grassi con il lievito geneticamente modificato Candida viswanathii di seconda generazione ? stato prodotto un brodo contenente 50 g/L di acido adipico in forma di mono sale di ammonio, misurata con HPLC. Al termine della fermentazione 1800 g di brodo sono stati centrifugati e la maggior parte delle cellule e dei residui solidi sono stati eliminati. Il brodo di fermentazione descritto, che conteneva ancora una piccola porzione di solido cellulare, ? stato purificato con la stessa metodologia riportata nell?esempio 1. La resa di recupero del prodotto ? stata del 71,7% e i cristalli ottenuti avevano una composizione misurata all?HPLC costituita al 99,7% da acido adipico (la restante parte era umidit?). I cristalli secchi sono stati analizzati allo spettrofotometro per la determinazione delle propriet? ottiche.7,66 g di polvere sono stati sciolti in 60 g di soluzione ammoniacale al 5% in peso, accuratamente filtrati con filtro a siringa ed analizzati allo spettrofotometro Agilent Cary 60 con cuvetta in quarzo avente cammino ottico di 50 mm. Sono stati ottenuti un?assorbanza x1000 a 275 nm pari a 84 e un colore APHA a 390 nm pari a 5,1. By fatty acid fermentation with the second generation genetically modified yeast Candida viswanathii ? A broth was produced containing 50 g/L of adipic acid in the form of mono ammonium salt, measured by HPLC. At the end of the fermentation, 1800 g of broth were centrifuged and most of the cells and solid residues were eliminated. The fermentation broth described, which still contained a small portion of cellular solid, was been purified with the same methodology reported in example 1. The recovery yield of the product ? was 71.7% and the crystals obtained had a composition measured by HPLC consisting of 99.7% adipic acid (the remaining part was humidity). The dry crystals were analyzed with a spectrophotometer for the determination of the properties optics. 7.66 g of powder were dissolved in 60 g of ammonia solution at 5% by weight, carefully filtered with a syringe filter and analyzed with the Agilent Cary 60 spectrophotometer with a quartz cuvette having an optical path of 50 mm. An absorbance x1000 at 275 nm equal to 84 and an APHA color at 390 nm equal to 5.1 were obtained.
Si riporta una tabella riassuntiva dei risultati ottenuti nelle prove eseguite. A summary table of the results obtained in the tests carried out is provided.
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